氧化锌是一种直接带隙的宽禁带半导体材料,在室温有很高的激子束缚能,具有很好的紫外和可见光波段的光发射性能。一维结构的氧化锌纳米线对光子有很强的光学限域作用,具有很好的光波导功能,同时由于能够在其内部多次反射和传导光而形成光学谐振腔,是制备纳米激光器的理想材料之一。氧化锌纳米线比表面积大,其导电能力受表面氧气吸附情况影响显著,是良好的光电探测材料。氧化锌纳米线表面的氧气吸附情况还会影响到表面势垒高度,进而决定了纳米线器件的等效势垒高度,利用这些特性可以制备出对光照位置敏感的无源光电探测器。本文围绕ZnO纳米线的光学和光电性能测量及其在光电器件中的应用,主要研究了ZnO纳米线在光发射和光探测两方面的物理特性。　　首先,我们详细研究了ZnO纳米线阵列与纳米线直径相关的紫外荧光发射,结果表明ZnO纳米线内激子与声子的相互作用随直径的减小而逐渐减弱,从而导致了室温时近带边发光峰随着直径的减小而逐渐蓝移。角度分辨荧光光谱和荧光光谱成像的结果证实了ZnO纳米线在径向上对光有很强的限域作用,并且具有良好的光波导性能。ZnO纳米线在室温有很强的激子发光,并且由于光学限域作用可以在纳米线内部形成光学谐振腔,因而我们成功地观察到室温时单根ZnO纳米线的紫外激光发射。　　其次,我们制备了单根ZnO纳米线两端器件,研究了外加偏压对其近带边发光的影响。实验结果表明,随着外加偏压的升高,ZnO纳米线近带边发光峰逐渐红移,并且强度逐渐降低。为了区分电场和热效应对此发光峰红移现象的贡献,我们分别测量了偏压和温度对ZnO纳米线光致荧光光谱和拉曼光谱的影响,发现由温度升高引起的近带边峰的红移量和温度基本呈线性关系,而由电场作用引起的近带边峰的红移量和所加的偏压呈二次曲线关系,符合二次斯塔克效应(stark-effect)规律。在此基础上,我们进一步研究了ZnO纳米线两端器件热传导效率和纳米线直径的关系。通过对比300 nm和90 nm直径ZnO纳米线两端器件的温度与外加偏压的关系曲线,发现小直径ZnO纳米线器件更容易产生温度的升高,进而对器件的光学性能影响更大;而当纳米线直径为300 nm时,器件的热传导性能更好,温度升高比较缓慢从而对器件的光学性能影响较小。　　最后,由于光电探测是集成光路系统里的一个重要环节,我们分别研究了ZnO纳米线对波长为325 nm和633 nm激光的无源光电探测性能。对于利用Ti/Au电极制各的对称电极结构的ZnO纳米线两端器件,在325 nm激光照射下我们获得了～3 mV的光电压和～10 nA的光电流。考虑到产生光电压的主要原因是光照引起ZnO纳米线表面的氧气脱附从而影响了ZnO纳米线和金属电极接触区的等效势垒高度,我们又制备了一端为。Ti/Au电极、另一端为Au电极的非对称结构的ZnO纳米线器件以增大两接触区之间的等效势垒高度差,发现在相同光照条件下可获得更大的光电压(～60 mV)和相近的光电流(～10 nA)。而且,这种非对称电极结构的ZnO纳米线两端器件在能量小于其禁带宽度的633 nm波长激光照射下也能够产生～10 pA的光电流,表明ZnO纳米线将来可用于可见光波段的无源光电探测。